Способ термоциклической обработки белого чугуна Советский патент 1981 года по МПК C21D5/04 

(54) СПРСОБ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

1

Изобретение относится- к металлур гии и машиностроению, в частности к технологии термической обработки белого чугуна, и может быть спользовано для повышения механических свойств чугунных отливок.

Известен способ термоциклической обработки белого чугуна, включаюидай многократный нагрев до температур выше точки А( с промежуточньвет охлаждениями и окончательное охлаяодение, например, на воздухе. Этот способ обеспечивает повышение его пластичности, главным образом, за счет осуществления процессов графитизации, которые обеспечивают распад цементита в составе ледебурйтной эвтектики, в результате чего уменьшается число хрупких кристаллов цементита и увеличивается объем сравнительно пластичных перлитных участков в струк туре чугуна Щ.

Недостаток данного способа заключается в том, что значительное уменьшение количества цементита в составе ледебурита при графитизации часто является нежелательным явлением, поскольку это уменьшает твердость и износостойкость чугуна. Излишнее количество графита, особенно в неблагопри БЕЛОГО ЧУГУНА

ятной хлопьевидной форме, не позволяет получить высокую -пластичность чугуна.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ термоцикличесйой обработки чугуна, заключакадийся в многократном нагреве до 980-1050 с с промежуточными охлаждениями на воздухе

10 до 600-650°С и окончательном охлаАдении на воздухе. Применение такой техно огии термической обработки белого чугуна направлено на ускорение распада первичного цементита в

15 с ледебурйтной металлической основой и структурно свободным углеродом 2}.

Недостаток изве.стного способа заключается в том, что распад цементита с образованием свободного углеро20да путем графитизации снижает в значительной степени твердость и износостойкость чугуна, что в большинстве случаев является нежелательньм явлением.

25

Цель изобретения - повышение пластичности белого чугуна при сохранении прочностных свойств.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу гермоцикличес30кой обработки, вктрочакжцему многократный нагрев выше промежуточными охлаждениями и окончательное охлаждение, в каждом цикле чугун .нагревают до 1070-1120°С и охлаждают до 7БО-850-С с вьвдержками при этих темйературах мин. При этом, скорость нагрева и охлаждения в интервале температур термоциклирования от 1070-1120°С до 750-850°С составляет град/мин Окончательное охлаждение производят со скоростью 10-10 град/мин в зависимости от требуемой структуры образовавшейся новой основы чугуна, в том числе для тонкопластинчатого перлита 10 град/мин, сорбита град/мин и, наконец, структуры мартенсита со скоростью, близкой к 10 град/мин. Кроме того, при окончательном охлаждении осуществляют выдержку при 200-700 0 до завершения эвтектоидного распада аустёнита. Многократная термоциклическая обработка -чугуна в интервале температур от 1070-1120С до 750-850 С с изотермическими вьвдержками 1-3 мин при этих температурах приводит к по шению пластичности чугуна посредством осуществления циклов процессов растворения - выделения цементита в аустените в составе эвтектической структурной составляющей - ледебури являющейся основой белого чугуна. В результате многократного терм циклирования в интервале указанных температур в структуре чугуна происходят качественные изменения, заключакащеся в замене цементитнай основы ледебурита на аустенитную ОСНОВУ с равномерно распределенными в ней изолированными включениями сф роддизированного цементита. Такая з мена основы в структуре чугуна обес печивает повышение пластичности важнейшей характеристики механических свойств чугуна. Кроме того, замена основы в стру туре чугуна позволяет с достаточной эффективностью осуществлять последу щие упрочняющие и разупрочняющие в ды термической обработки чугуна, основанные на фазовых превращениях в аустенитной основе. Такими видами термической обработки являются отжи второго рода (в том числе, полный изотермический и др.), закалка, отпуск . В 1П редлагаемом способе: для воздейс ия на структуру чугуна исполь зуют принципиально иное фазовое пре ращение по сравнению с известным, а именно: частичную фазовую перекрист лизацию, заключающуюся в эффекте ра ворения выделения избыточного втори ного цементита в связи с переменной огранич:енной растворимостью у.глерода в аустените при изменении температуры, тогда как известный способ осуществляется с использованием эвтектоидной реакции при переходе через точку АС, . Кроме того, применение высоких скоррстей нагрева и охлаждения (1010 град/мин в интервале температур термоциклирования и ограличение длительности выдержки при этих температурах 1-3.мин в предлагаемом способе предотвращает распад цементита на графит, в то время как в известном распад цементита на графит является его целью. В то же время, предлагаемый способ в случае необходимости может обеспечить и развитие графитизации. Удлинение последней высокотемпературной изотермической выдержки при термоциклировании при 1070-1120°С выше 3 мин позволяет получить графит в структуре чугуна в благоприятной сфероидизированной форме. Получение такой формы графита в этом случае обусловлено процессами, происходящими при предшествующей термоциклической обработке. Пример. Проводится термичес-, кая обработка эвтектического белого чугуна с содержанием углерода 4,3%. Образцы чугуна размерами 15x20x20 мм нагревают до 1090°С в соляной ванне, выдерживают при этой температуре 2 мин, охлаждают в другой соляной ванне при 810°С с повторной изотермической выдержкой 2 мин. Далее образец из ванны с температурой 810°С переносят в ванну с температурой 1090°С для нового цикла обработки и повторяют такое чередование операций нагрева и охлаждения с изотермическими выдержками при указанных температурах 3 раза. После окончания последней изотермической выдержки при чугунные образцы охлаждают на воздухе или в масле до комнатной температуры, что соответств ует средней скорости охлаждения соответственно 10 град/мин и 3.10 град/мин. Часть образцов охлаждают в щелочной ванне с температурой 500°С| осуществляют изотермическую выдержку длительностью 60 мин и в дальнейшем охлаждают на воздухе. Часть образцов, охлажденных после термоциклической обработки на воздухе, нагревгиот; дод закалку до 300, 860, 910, ,охлаждают в масле и затем подвергают отпуску при 500°С в течение 60 мин. Для получения сравнительных данных параллельно проводят обработку, по известному способу. Изучают микроструктуру чугуна. Результаты приведены в табл.1. .. Механические свойства чугуна после обработки предлагаемым способом представлены в табл. 2.

Предлагаемый способ может быть использован для изготовления чугунных деталей повышенной прочности и пластичности взамен серых, ковких и высокопрочных чугунов и ряда сталей.

Осуществление способа может быть произведено на серийно выпускающемся оборудовании - печет i ваннах, , индукционных установках.

Таблица 1

Известный способ термоциклической обработки 7 ё интервале температур от 980-1050°С до 600-650С

Предлагаемый способ обработки в интервале температур от 1090 до , 3 раза длиг-тельность изотермических выдержек 2 мин:

с охлаждением на воз.духе

с охлаждением в масле

с .охлаждеиием в щелочной ванне при 500°С, выдержка 60 мин

Закалка с 8рО-980°С после охлаждения на воздухе

Отпуск при , 60 мин, после охлаждения на воздухе и закалки с 800-980°С

После термоциклирования. с охлаждением на воздухе последняя изотермическая выдержка при lp90°C, 10 мин

Тонкодисперсный

Остаточные перлит количества

СфероидизиТонкода сперсныйперлит рованные частицы, равномерно распределенныев структуре чугуна

Мартенсит

Сфероидизированные часттицы, равног мерно распределенные в структуре чугуна

Сорбит

То же

Мартенсит

П.

Сорбит

Тонкодисперсный

Остаточные перлит количества

После обработки по предлагаемому способу: термоциклирование в интервале 800-1090°С, 3 цикла с выдержками 3 мин, Формула изобретения 1.Способ термоциклической обработки белого чугуна, включающий многократный нагрев вьнае А( с промежуточными охлаждениями и окончательное охлаждение, отличающийся тем, что, с Целью повышения пластич ности при сохранении прочностных свойств, в каждом цикле чугуна нагревают до 1070-1120°С и охлаждают до 750 -850 C с выдержками при этих температурах 1-3 мин. 2.Способ по П.1, отлича ющ и и с я тем, что многократный нагрев и промежуточное охлаждение производят со скоростью 10 -10 град/ми

Таблица 2 3.Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, .что окончательное охлаждение производят со скоростью 10-10 град/мин. 4.Способ по пп.1-3, о т л и чающийся тем, что при окончательном охлаждении осуществляют вьщержку при 200-700°С до заверше- ния распада аустенита. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 460308, кл. С 21 D 5/04, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР № 460307, кл. С 21 D 5/04, 1973.